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Die Erfindung betrifft einen Hydrostataktor zur Betätigung mindestens einer Kupplung für ein Kraftfahrzeuggetriebe.
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Aus dem Stand der Technik sind Hydrostataktoren bekannt, welche zur Bereitstellung großer Betätigungskräfte große elektrische Motoren oder hochübersetzende, einstufige Getriebe benötigen. Dies führt zu einem großen Platzbedarf oder reduzierter Dynamik.
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Es besteht daher das ständige Bedürfnis Hydrostataktoren mit einer kleinen Betätigungsenergie zur Verfügung zu stellen und den Bauraum für einen Hydrostataktor zu verringern.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung Maßnahmen für einen Hydrostataktor zur Verfügung zu stellen, mit denen der Bauraum verringert, der Hydrostataktor kompakt ausgebildet und die Betätigungsenergie für den Hydrostataktor verringert werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Hydrostataktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Die Erfindung betrifft einen Hydrostataktor zum Schließen und Öffnen einer Kupplung, insbesondere Klauenkupplung oder Schiebemuffe, eines Kraftfahrzeugs, mit einem Zylindergehäuse zur Abgrenzung eines Druckraums, einen in dem Zylindergehäuse axial verschiebbaren Kolben zum Ändern eines Volumens des Druckraums zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung, einer Bewegungsspindel zur Übertragung einer Stellkraft zur axialen Verschiebung des Kolbens, einer auf der Bewegungsspindel aufgeschraubten Spindelmutter zur axialen Verschiebung des Kolbens, und einem Schläger zum direkten Anschlagen an der Spindelmutter, wobei der Schläger bei einer nicht mehr ausreichenden Stellkraft der Bewegungsspindel zur axialen Verschiebung des Kolbens, insbesondere bei einem Verspannen der Kupplung, zum Anschlagen an der Spindelmutter aktivierbar ist.
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Durch einen auf der Bewegungsspindel angeordneten und die Spindelmutter kontaktierenden Schläger kann ein Hydrostataktor zur Verfügung gestellt werden, der auf einfache Weise in einem Fehlerfall der Kupplung eine höhere Stellkraft zur Verfügung stellen kann. Beispielsweise kann bei dem Hydrostataktor unterhalb einer Kraftschwelle, beispielsweise bei einer Stellkraft von kleiner oder gleich 300 N, ein Antrieb, beispielsweise ein elektrischer Motor, die Bewegungsspindel antreiben, um mit Hilfe der Spindelmutter einen Kolben in einem Zylindergehäuse axial zu bewegen. Durch die Bewegungsspindel kann dabei ein Drehmoment des Antriebs in eine Axialkraft umgewandelt werden, um die erforderliche Stellkraft zur axialen Verschiebung des Kolbens zu übertragen. In einem Fehlerfall, beispielsweise ein Verspannen der Kupplung oder hohen Reibungen aufgrund von Verschmutzungen, kann die Kraftschwelle überschritten werden, so dass die Bewegungsspindel über den Antrieb nicht mehr genügend Stellkraft zur axialen Verschiebung des Kolbens zum Betätigen der Kupplung zur Verfügung gestellt bekommt. Dadurch kann die Spindelmutter durch den Fehlerfall an einer weiteren Bewegung auf der Bewegungsspindel blockiert werden, während der Antrieb sich weiterhin drehen kann. Durch die Blockierung der Spindelmutter auf der Bewegungsspindel durch den Fehlerfall kann der die Spindelmutter kontaktierende Schläger durch die Spindelmutter aktiviert werden, um die durch den Antrieb übertragene Stellkraft schlagartig zu erhöhen und dadurch die Kupplung zu lösen. Dabei ist der Schläger derart ausgelegt, dass es höhere Stellkräfte zum Lösen der Kupplung zur Verfügung stellen kann. Beispielsweise kann eine durch den Schläger schlagartig erhöhte Stellkraft 2500 N betragen. Vorzugsweise kann mit Hilfe des Schlägers ein Drehschlagimpuls in einer Bewegung an die Spindelmutter übertragen werden. Durch den Drehschlagimpuls kann in einer einfach realisierbaren konstruktiven Ausgestaltung eine Drehbewegung während einer kurzen Zeitspanne in eine Linearbewegung umgewandelt werden. Insbesondere ist es möglich, durch einen schlagartigen Kontakt einen Impuls des Schlägers an die Spindelmutter zu übertragen, wodurch der Spindelmutter kurzzeitig eine höhere Stellkraft zur Verfügung gestellt werden kann, um den Kolben im Druckraum axial zu verschieben. Nach der Impulsübertragung kann sich die Kupplung beispielsweise in einem Fehlerfall öffnen.
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Insbesondere kann durch eine Anordnung des axial beweglichen Schlägers an der Bewegungsspindel und durch eine Kontaktierung des Schlägers mit der Spindelmutter ein Bauraum für den Hydrostataktor verkleinert werden. Beispielsweise kann ein zusätzlicher Bauraum für den Schläger eingespart werden, so dass dadurch die Gesamtlänge des Hydrostataktors verkleinert werden kann.
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Der Begriff Kraftschwelle beschreibt hierbei einen Grenzwert einer Stellkraft, die ausreicht um die Kupplung durch eine axiale Verschiebung des Kolbens im Druckraum durch den Kolben zu betätigen. Sobald die Kraftschwelle in einem Fehlerfall, beispielsweise bei einem Verspannen der Kupplung, überschritten wird, kann der Antrieb der Bewegungsspindel keine ausreichende Stellkraft zur axialen Verschiebung des Kolbens im Druckraum zur Betätigung der Kupplung zur Verfügung stellen. Vielmehr wird die Spindelmutter an einer weiteren Bewegung blockiert, während der Antrieb sich weiterhin drehen kann. Auf diese Weise kann der Schläger durch die Spindelmutter aktiviert werden, so dass der Schläger der Spindelmutter schlagartig eine erhöhte Stellkraft zur Verfügung stellen kann. Das Losbrechmoment und die Losbrechkraft zur Überwindung der Kraftschwelle kann gemäß den vorgegebenen Spezifikationen der Kupplung ausgelegt werden.
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Der Begriff Klauenkupplung beschreibt eine Bauform eines Maschinenelements zur Übertragung von Drehbewegungen beziehungsweise Drehmomenten. Die Klauenkupplung gehört zur Gruppe der formschlüssigen Kupplungen. Bei einer Klauenkupplung greifen zwei oder mehr Fortsätze an einem der beiden Wellenenden hinter entsprechende Verdickungen am gegenüberliegenden Wellenende und ermöglichen eine Momentübertragung durch Drehen. Klauenkupplungen können schaltbar ausgelegt werden. Dabei wird zumeist bei Stillstand einer Maschine die Klaue einfach vom gegenüberliegenden Wellenende getrennt.
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Auf diese Weise kann eine Kupplung, insbesondere eine Klauenkupplung oder eine Schiebemuffe, mit einer einfachen Bauform von dem Hydrostataktor angetrieben werden, und es können weiterhin Maßnahmen für einen Hydrostataktor zur Verfügung gestellt werden, mit denen der Bauraum verringert, der Hydrostataktor kompakt ausgebildet und die Betätigungsenergie für den Hydrostataktor verringert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kolben mindestens eine Kolbenfläche auf zum Ändern des Volumens des Druckraums, wobei der Druckraum, die Kolbenfläche, die Bewegungsspindel und die Spindelmutter mit dem Schläger axial hintereinander angeordnet sind. Insbesondere kann die Kolbenfläche den Druckraum von der Bewegungsspindel, dem Schläger und der Spindelmutter trennen. Durch die axiale hintereinander angeordnete Anordnung des Druckraums, der mindestens einen Kolbenfläche des Kolbens, der Spindelmutter und des Schlägers kann ein axialer und radialer Aufbau eines Hydrostataktors verringert werden. Auf diese Weise kann ein Aufbau und ein Zusammenbau des Hydrostataktors vereinfacht werden. Gleichzeitig kann ein Bauraumbedarf für den Hydrostataktor verringert werden. Dabei kann der Kolben durch eine axiale Verschiebung der Spindelmutter auf der Bewegungsspindel ein Volumen des Druckraums verändern, insbesondere ein Volumen des Druckraums vergrößern oder verkleinern, wobei das Arbeitsfluid, insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit, ein Getriebeöl oder ein Motoröl, im Druckraum entsprechend der Bewegung des Kolbens entweder in Richtung eines Druckanschlusses oder von dem Druckanschluss in den Druckraum bewegt werden kann, um beispielsweise eine Kupplung zu betätigen. Insbesondere kann ein zum Druckraum zugewandtes Ende der Bewegungsspindel im Kolben frei schwebend angeordnet sein und nicht fest mit dem Kolben verbunden sein. Das freie Ende kann frei axial beabstandet zur Kolbenfläche und zum Kolben angeordnet sein.
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Es ist bevorzugt, dass der Kolben als eine Spindeltriebhülse ausgebildet ist. Insbesondere kann die Spindeltriebhülse einstückig hergestellt sein. Durch eine Integration des Kolbens in der Spindeltriebhülse kann die Anzahl der benötigten Bauteile, beispielsweise Dichtungen oder Verbindungselemente, wie Schrauben, für den Hydrostataktor verringert werden und der Zusammenbau kann vereinfacht werden. Weiterhin kann die Spindeltriebhülse durch ein Umformverfahren, beispielsweise durch Tiefziehen, hergestellt sein. Als Material kann beispielsweise ein Metall, insbesondere Stahl oder Metallblech, beispielsweise aus Stahl oder Messing, verwendet werden.
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Vorzugsweise sind die Bewegungsspindel, die Spindelmutter und der Schläger innerhalb des Kolbens angeordnet. Insbesondere können die Bewegungsspindel, die Spindelmutter und der Schläger auf diese Weise im Druckgehäuse des Hydrostataktors integriert werden, wodurch eine Geräuschentwicklung im Schlagbetrieb zusätzlich isoliert werden kann. Weiterhin kann auf diese Weise der Bauraumbedarf für einen Hydrostataktor verringert werden.
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Vorzugsweise kann die Spindelmutter über ein Lagerelement und/oder über ein Verbindungselement mit dem Kolben verbunden sein. Dadurch kann eine Spindelmutter mit einem kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des Kolbens verwendet werden. Das Lagerelement kann dabei ein Gleitlager oder ein Wälzlager sein. Durch das Lagerelement kann sich die Spindelmutter bei einem Fehlerfall der Kupplung zusammen mit der Bewegungsspindel drehen ohne dass sich dabei der Kolben mit dreht, um beispielsweise ein Verkeilen des Kolbens in dem Zylindergehäuse zu verhindern. Der Begriff Verbindungselement kann beispielsweise eine Scheibe, eine Abstandshülse, ein Stift oder ein Adapter sein. Das Verbindungselement kann eine Vergrößerung des Durchmessers der Spindelmutter ermöglichen, so dass die Spindelmutter mit Hilfe des Verbindungselements einen Durchmesser wie der Innendurchmesser des Kolbens aufweisen kann. Dadurch kann die Spindelmutter eine Stellkraft auf den Kolben übertragen zur axialen Verschiebung des Kolbens zum Öffnen oder Schließen der Kupplung, obwohl die Spindelmutter einen kleineren Durchmesser aufweist. Auf diese Weise kann eine Spindelmutter in vielen unterschiedlichen Hydrostataktoren verwendet werden, so dass dadurch eine Bauteilbevorratung für unterschiedliche Hydrostataktoren vereinfacht werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Zylindergehäuse an der zum Druckraum zugewandten Seite eine Nut auf und der Kolben umfasst an der zum Zylindergehäuse zugewandten Seite mindestens eine Nase oder Erhebung zum Eingriff in die Nut zur Ausbildung einer Drehsicherung. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Kolben axial verschoben werden kann ohne sich zu verdrehen.
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Es ist bevorzugt, dass bei einer nicht ausreichenden Stellkraft der Bewegungsspindel zum Öffnen oder Schließen der Kupplung der Schläger in axialer Richtung weg von der Spindelmutter bewegbar ist, insbesondere über eine V-Nut der Spindelmutter, wobei der Schläger an einem elastischen Element, insbesondere einem Federelement, angeordnet ist zur Beschleunigung des Schlägers in Richtung zur Spindelmutter zum Öffnen oder Schließen der Kupplung durch ein Anschlagen des Schlägers an der Spindelmutter. Das elastische Element kann beispielsweise eine Tellerfeder oder eine Druckfeder sein. Insbesondere kann mit Hilfe des Schlägers ein Drehimpuls in eine Bewegung an die Spindelmutter übertragen werden. Durch den Drehschlagimpuls kann in einer einfach realisierbaren Ausgestaltung eine Drehbewegung während einer kurzen Zeitspanne in eine Linearbewegung umgewandelt werden. Geeignete Konstruktionen für eine derartige Ausgestaltung sind beispielsweise von einer Schlagbohrmaschine bekannt, wie beispielsweise in
DE 20 200 6014 850 dargestellt. Insbesondere ist es möglich, durch einen schlagartigen Kontakt einen Impuls des Schlägers an die Spindelmutter zu übertragen, wodurch der Spindelmutter kurzzeitig eine höhere Stellkraft zur Verfügung gestellt werden kann. Nach der Impulsübertragung kann sich die Kupplung beispielsweise in einem Fehlerfall öffnen. Weiterhin kann die Spindelmutter anstatt einer V-Nut auch eine Kugel-Rampe oder eine Gleitrampe aufweisen. Vorzugsweise kann der Schläger gegen eine Federkraft von der Spindelmutter in axialer Richtung weg bewegt werden und anschließend mit Hilfe der Federkraft auf die Spindelmutter reibschlüssig angepresst werden. Durch die Bewegung des Schlägers gegen die aufgebrachte Federkraft kann in dem entsprechenden elastischen Element Energie gespeichert werden, die beim Anschlagen des Schlägers an die Spindelmutter wieder abgegeben werden kann. Die V-Nut, Kugelrampe oder Gleitrampe können dabei in eine axiale Richtung weg von der Spindelmutter wirken, um ein elastisches Element in einem Fehlerfall spannen zu können. Vorzugsweise können die V-Nut, die Kugelrampe oder Gleitrampe in der Drehrichtung des elektrischen Motors wirken, durch welche mit Hilfe des Kolbens ein Druck in dem Druckraum erzeugt werden kann. Das Schlagwerk kann also entweder beim Öffnen oder Schließen der Kupplung durch den elektrischen Motor aktiviert werden, so dass der Schläger das elastische Element bei einem Fehlerfall beim Öffnen der Kupplung oder bei einem Fehlerfall beim Schließen der Kupplung vorspannen kann. Dadurch kann der Schläger von dem vorgespannten elastischen Element beschleunigt werden, so dass der Schläger mit einer definierten kinetischen Energie mit der Spindelmutter in Kontakt treten kann.
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Über eine geeignete Wahl der trägen Masse des Schlägers kann die Höhe der kinetischen Energie sowie die Kraft, mit die der Schläger auf die Spindelmutter gepresst wird, eingestellt werden. Dadurch lässt sich ebenfalls eine Stoßkraft zwischen dem Schläger und der Spindelmutter beeinflussen. Beispielsweise können das federelastische Element und der Schläger derart dimensioniert sein, dass bei einem Anschlagen des Schlägers an der Spindelmutter eine hinreichend hohe Stoßkraft bereit gestellt wird, so dass über den Kontakt, insbesondere einem stoßartigen Kontakt des Schlägers mit der Spindelmutter ein Impuls zur Verstärkung einer Stellkraft von dem Antrieb des Hydrostataktors an den Kolben weitergeleitet werden kann. Ferner ist es möglich, die Federkraft des federelastischen Elements derart zu wählen, dass nach dem Anschlagen des Schlägers an die Spindelmutter oder in einer Ausgangsposition des Schlägers an der Spindelmutter, wenn der Schläger lediglich mit der Federkraft auf die Spindelmutter gedrückt wird ohne eine Stellkraft zu erhöhen, ein Schlupf oder sogar ein Freilauf zwischen dem Schläger und der Spindelmutter auftreten kann. Dadurch kann eine Aktivierung des Schlägers während eines Betriebes bei einer ausreichenden Stellkraft der Betätigungsspindel zur axialen Verschiebung der Kupplung verhindert werden.
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Insbesondere kann der Schläger eine zur Spindelmutter weisenden Kontaktfläche umfassen zur Kontaktierung der Spindelmutter und zum Anschlagen an die Spindelmutter, wobei die Kontaktfläche die Spindelmutter vollflächig oder teilflächig, insbesondere eine radial umlaufende Umfangsfläche am Umfang des Schlägers, kontaktiert. Mit Hilfe einer vollflächigen Kontaktfläche kann dabei ein axiales Schlagwerk ausgebildet werden. Durch eine teilflächige Kontaktfläche kann ein Umfangsschlagwerk mit einer verringerten Masse zur Verfügung gestellt werden, so dass dadurch das Gewicht des Hydrostataktors verringert werden kann.
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Vorzugsweise kann durch einen aktivierten Schläger eine Stellkraft übertragbar sein, die größer oder gleich 1,5-fach bis kleiner oder gleich 20-fach, bevorzugt größer oder gleich 2-fach bei kleiner oder gleich 15-fach, insbesondere größer oder gleich 3-fach bis kleiner oder gleich 10-fach größer als eine Stellkraft ohne aktivierten Schläger ist. Auf diese Weise kann der Kolben nach Übertragung des Drehmoments durch die Spindelmutter eine Kupplung im Fehlerfall öffnen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass durch eine Kombination mit dem Schläger die Spindelmutter eine höhere Stellkraft zur axialen Verschiebung des Kolbens zum Öffnen oder zum Schließen der Kupplung aufweist als eine Stellkraft, welche von einem Antrieb alleine zur Verfügung gestellt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Zylindergehäuse und der Kolben mit einem Arbeitsfluid, insbesondere mit einer Hydraulikflüssigkeit, einem Getriebeöl, oder einem Motoröl, gefüllt. Auf diese Weise kann durch eine Anordnung des Schlägers im Arbeitsfluid eine sonst übliche Geräuschentwicklung beim Anschlagen des Schlägers an die Spindelmutter gedämpft werden. Weiterhin kann auf diese Weise auch eine zusätzliche Schmierung für den Schläger eingespart werden. Insbesondere kann das Schlagprinzip auch im Arbeitsfluid, in vollem Umfang wirksam sein. Das Arbeitsfluid kann beispielsweise derart ausgewählt werden, dass es ein Anschlagen des Schlägers auf die Spindelmutter ermöglicht und gleichzeitig eine dämpfende Wirkung auf das Anschlagen vermeidet oder reduziert. Weiterhin kann durch eine derartige Ausgestaltung der Aufbau des Hydrostataktors vereinfacht werden, beispielsweise können Dichtungen zum Abdichten gegen Leckagen eingespart werden.
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Insbesondere kann der Hydrostataktor in einem Getriebegehäuse innerhalb eines Arbeitsfluidvorrats, beispielsweise in einem Ölsumpf angeordnet sein, so dass der Kolben, die Bewegungsspindel, die Spindelmutter und der Schläger vollständig von dem Arbeitsfluid umgeben sein können. Auf diese Weise kann eine Lebensdauerschmierung für die Bewegungsspindel, der Spindelmutter und dem Schläger eingespart werden, wodurch die Anzahl der benötigten Dichtungen verringert werden kann. Vorzugsweise kann ein elektrischer Antrieb zur Aktuierung der Bewegungsspindel ebenfalls in dem Arbeitsfluidvorrat angeordnet sein, so dass eine Dichtung, insbesondere eine Wellendichtung, zur Abdichtung des Antriebs gegen das umgebende Arbeitsfluid, eingespart werden kann. Gleichzeitig kann der Durchmesser der verbleibenden Druckdichtungen verkleinert werden, so dass weniger Kontaktreibung erzeugt wird.
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Es ist bevorzugt, dass der Kolben mindestens einen ersten Kolbenabschnitt mit einem ersten Kolbendurchmesser zur Aufnahme der Spindelmutter und des Schlägers, und einen unmittelbar anschließenden koaxialen zweiten Kolbenabschnitt mit einem zweiten Kolbendurchmesser aufweist, wobei der zweite Kolbendurchmesser kleiner als der erste Kolbendurchmesser ist, wobei an dem zweiten Kolbenabschnitt zwischen dem Zylindergehäuse und dem zweiten Kolbenabschnitt eine Kolbendichtung angeordnet ist zur Abdichtung des Druckraums. Durch eine derartige Ausgestaltung eines Kolbens und durch eine axiale und radiale Schachtelung der Bauteile kann eine kompakte Einheit zur Verfügung gestellt werden. Die Dichtung kann eine Kolbendichtung sein und dabei unmittelbar an dem zweiten Kolbenabschnitt oder über ein Adapterstück zur Vergrößerung des zweiten Kolbendurchmessers an dem zweiten Kolbenabschnitt angeordnet sein. Der zweite Kolbenabschnitt kann dabei derart ausgelegt sein, dass dieser einen geringfügig größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Bewegungsspindel aufweist, so dass die Bewegungsspindel in dem zweiten Kolbenabschnitt reibungsfrei axial verschoben werden kann. Die Bewegungsspindel kann durch den geringfügig größeren Innendurchmesser des zweiten Kolbenabschnitts geführt werden, so dass dadurch Taumelbewegungen der Bewegungsspindel unterbunden werden können. Weiterhin kann durch die unterschiedlichen Kolbendurchmesser auf einfache Weise eine axiale Verschiebung des Kolbens in dem Hydrostataktor ermöglicht werden. Dabei kann die Spindelmutter im ersten Kolbenabschnitt fest angeordnet sein, so dass die Spindelmutter bei einer axialen Bewegung auf der Bewegungsspindel den gesamten Kolben bewegen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Zylindergehäuse einen ersten Zylindergehäuseabschnitt mit einem ersten Zylindergehäusedurchmesser und einen unmittelbar anschließenden zweiten Zylindergehäuseabschnitt mit einem zweiten Zylindergehäusedurchmesser, wobei der erste Zylindergehäusedurchmesser größer als der zweite Zylindergehäusedurchmesser ist, wobei am Übergang zwischen dem ersten Zylindergehäuseabschnitt und dem zweiten Zylindergehäuseabschnitt eine Schnüffelöffnung angeordnet ist. Der Begriff Schnüffelöffnung beschreibt eine Verbindung zwischen dem Druckraum und dem ersten Kolbenabschnitt. Über die Schnüffelöffnung kann eine Verbindung zu einem Nachlaufbehälter ermöglicht werden, aus dem ein Arbeitsfluid, insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit, ein Getriebeöl, oder ein Motoröl, bei Bedarf drucklos in den Druckraum nachströmen kann. Die Schnüffelöffnung kann dabei beispielsweise durch eine Bohrung oder durch eine Nut am Übergang zwischen dem ersten Zylindergehäuseabschnitt und dem zweiten Zylindergehäuseabschnitt ausgebildet sein. Insbesondere kann in dem zweiten Zylindergehäuseabschnitt der Druckraum angeordnet sein und der zweite Kolbenabschnitt kann in dem zweiten Zylindergehäuseabschnitt axial verschoben werden, um das Volumen des Druckraums zur vergrößern oder zu verkleinern zum Öffnen oder Schließen der Kupplung. Auf diese Weise kann der Bauraumbedarf für den Hydrostataktor verringert werden.
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Vorzugsweise ist die Bewegungsspindel über einen elektrischen Motor betätigbar, wobei der elektrische Motor in einem abgetrennten Trockenraum betreibbar ist. Auf diese Weise kann der elektrische Motor nach dem Einbau des Hydrostataktors in ein Fahrzeuggetriebe von außen an ein Getriebegehäuse auf die Bewegungsspindel angeflanscht werden. Weiterhin kann auf diese Weise der elektrischer Motor einfach ausgetauscht und/oder repariert werden. Insbesondere kann der Trockenraum von dem Kolbeninnenraum durch eine Wellendichtung abgetrennt sein, um eine Einfließen von Arbeitsfluid in den Trockenraum des elektrischen Motors zu verhindern. Der Trockenraum kann beispielsweise durch eine Außenseite des Getriebegehäuses und dem Motorgehäuse ausgebildet werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1 eine seitliche Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Hydrostataktors, und
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2 eine seitliche Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Hydrostataktors.
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In 1 ist eine seitliche Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Hydrostataktors 10 dargestellt. Mit Hilfe des Hydrostataktors 10 wird eine nicht dargestellte Kupplung, beispielsweise eine Klauenkupplung oder eine Schiebemuffe, eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs betätigt. Der Hydrostataktor 10 umfasst ein Zylindergehäuse 12 und einen im dem Zylindergehäuse 12 angeordneten Druckraum 14. In dem Druckraum 14 ist ein Kolben 16 axial verschiebbar. Durch die axiale Verschiebung des Kolbens 16 wird ein Volumen des Druckraums 14 verändert. Die axiale Verschieberichtung wird mit Hilfe des Doppelpfeils A dargestellt. Der Kolben 16 ist eine Spindeltriebhülse und weist eine Kolbenfläche 18 auf zum Ändern des Volumens des Druckraums 14. In dem Kolben 16 sind eine Bewegungsspindel 20 zur Übertragung einer Stellkraft zum Schließen und Öffnen der nicht dargestellten Kupplung, eine Spindelmutter 22 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung und ein Schläger 24 zur schlagartigen Erhöhung der Stellkraft angeordnet. Die Spindelmutter 22 ist mit Hilfe eines Wälzlagers mit dem Kolben 16 verbunden und wälzt auf der Bewegungsspindel 20 ab, um den Kolben 16 axial zu verschieben. Der Schläger 24 ist zwischen der Spindelmutter 22 und einem elastischen Element 26, in diesem Ausführungsbeispiel eine Tellerfeder angeordnet. Die Bewegungsspindel 20 wird mit Hilfe eines elektrischen Motors 28 betätigt. Der elektrische Motor 28 wird mit Hilfe einer Wellendichtung 30 in einem abgetrennten Trockenraum betrieben. Der Druckraum 14, die Kolbenfläche 18, die Bewegungsspindel 20, der Schläger 24 und die Spindelmutter 22, sowie der elektrische Motor 28 sind axial hintereinander angeordnet, wobei die Kolbenfläche 18 den Druckraum 14 von der Bewegungsspindel 20, dem Schläger 24 und der Spindelmutter 22 trennt. Das Zylindergehäuse 12 ist in einem Ölsumpf des Getriebes angeordnet und mit einem Arbeitsfluid, beispielsweise einem Hydrauliköl, gefüllt. Je nach Drehrichtung des elektrischen Motors 28 wird das Volumen des Druckraums 14 mit Hilfe des Kolbens 16 und der Kolbenfläche 18 vergrößert und verkleinert. Dies geschieht dadurch, dass die Spindelmutter 22 auf der Bewegungsspindel 20 abwälzt. Durch den Kontakt der Spindelmutter 22 mit dem Kolben 16 wird der Kolben 16 entlang des Doppelpfeils A axial verschoben, je nachdem ob die nicht dargestellte Kupplung geöffnet oder geschlossen wird. Dabei wird das Arbeitsfluid entweder aus dem Druckraum 14 durch einen Druckanschluss 32 im Zylindergehäuse 12 herausgedrückt oder hineingesaugt.
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Unterhalb einer Kraftschwelle zum Schließen und Öffnen der nicht dargestellten Kupplung ist die Bewegungsspindel 20 über den elektrischen Motor 28 betätigbar. Sobald eine Kraftschwelle überschritten wird, beispielsweise durch ein Verspannen der Kupplung, und die durch die Bewegungsspindel 20 übertragene Stellkraft zum Öffnen oder Schließen der Kupplung nicht mehr ausreicht, wird der Schläger 24 aktiviert. Bei einer nicht ausreichenden Stellkraft der Bewegungsspindel 20 zum Öffnen oder Schließen der Kupplung wird der Schläger 24 in axialer Richtung weg von der Spindelmutter 22 bewegt. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass aufgrund einer verspannten Kupplung der durch das Arbeitsfluid in dem Druckraum 14 herrschende Druck größer ist als die Stellkraft, welche durch den elektrischen Motor 28 über die Spindelmutter 22 an den Kolben 16 übertragbar ist. Auf diese Weise verbleibt der Kolben 16 in der gegenwärtigen Position. Die Bewegungsspindel 20 wird jedoch von dem elektrischen Motor 28 weiter angetrieben, so dass die Spindelmutter 22 zusammen mit der Bewegungsspindel 20 um die eigene Achse rotiert. Auf diese Weise wird der Schläger 24 über eine V-Nut 34 der Spindelmutter 22 von der Spindelmutter 22 in axialer Richtung weg von der Spindelmutter 22 bewegt. Der Schläger 24 komprimiert dabei das elastische Element 28. Sobald der Schläger 24 einen Endpunkt der V-Nut erreicht hat, wird das Schläger 24 durch das elastische Element 26 in Richtung zur Spindelmutter 22 beschleunigt, so dass über die Spindelmutter 22 ein Druckimpuls an den Kolben 16 übertragen wird, welcher an den Druckraum 14 weitergeleitet wird. Durch ein Anschlagen des Schlägers 24 an der Spindelmutter 22 kann somit eine verspannte Kupplung geöffnet oder geschlossen werden, dabei wird eine Stellkraft übertragen, welche größer oder gleich 3-fach bis kleiner oder gleich 10-fach größer als eine Stellkraft ohne ein Anschlagen des Schlägers 24 ist.
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Der Kolben 16 weist einen ersten Kolbenabschnitt 36 mit einem ersten Kolbendurchmesser zur Aufnahme der Spindelmutter 22, des Schlägers 24 und des elastischen Elements 26 auf, und weist einen unmittelbar anschließenden koaxialen zweiten Kolbenabschnitt 38 mit einem zweiten Kolbendurchmesser auf, wobei der zweite Kolbendurchmesser kleiner als der erste Kolbendurchmesser ist.
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Das Zylindergehäuse 12 weist einen ersten Zylindergehäuseabschnitt 40 mit einem ersten Zylindergehäusedurchmesser auf und weist einen unmittelbar anschließenden zweiten Zylindergehäuseabschnitt 42 mit einem zweiten Zylindergehäusedurchmesser auf, wobei der erste Zylindergehäusedurchmesser größer als der zweite Zylindergehäusedurchmesser ist.
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An dem zweiten Kolbenabschnitt 38 ist eine Kolbendichtung 44 angeordnet zur Abdichtung des zweiten Zylindergehäuseabschnitts 42 gegenüber dem ersten Zylindergehäuseabschnitt 40, wobei am Übergang zwischen dem ersten Zylindergehäuseabschnitt 40 und dem zweiten Zylindergehäuseabschnitt 42 eine Schnüffelöffnung 46 angeordnet ist. Die Schnüffelöffnung 46 ist durch eine im Zylindergehäuse 12 gezogene Nut realisiert. Weiterhin weist der Kolben 16 am ersten Kolbenabschnitt 36 eine Erhebung 48 auf zum Eingriff in die Nut zur Ausbildung einer Drehsicherung.
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In 2 ist eine seitliche Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Hydrostataktors 50 dargestellt. Mit Hilfe des Hydrostataktors 50 wird eine nicht dargestellte Kupplung, beispielsweise eine Klauenkupplung oder eine Schiebemuffe, eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs betätigt. Der Hydrostataktor 50 umfasst ein Zylindergehäuse 52 und einen im dem Zylindergehäuse 52 angeordneten Druckraum 54. In dem Druckraum 54 ist ein Kolben 56 axial verschiebbar. Durch die axiale Verschiebung des Kolbens 56 wird ein Volumen des Druckraums 54 verändert. Die axiale Verschieberichtung wird mit Hilfe des Doppelpfeils B dargestellt. Der Kolben 56 ist eine Spindeltriebhülse und weist eine Kolbenfläche 58 auf zum Ändern des Volumens des Druckraums 54. In dem Kolben 56 sind eine Bewegungsspindel 60 zur Übertragung einer Stellkraft zum Schließen und Öffnen der nicht dargestellten Kupplung, eine Spindelmutter 62 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung und ein Schläger 64 zur schlagartigen Erhöhung der Stellkraft angeordnet. Die Spindelmutter 62 ist mit dem Kolben 56 verbunden und wälzt auf der Bewegungsspindel 60 ab, um den Kolben 56 axialen zu verschieben. Der Schläger 64 ist zwischen der Spindelmutter 62 und einem elastischen Element 66, in diesem Ausführungsbeispiel eine Schraubendruckfeder angeordnet. Die Bewegungsspindel 60 wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Antriebs betätigt. Der Druckraum 54, die Kolbenfläche 58, die Bewegungsspindel 60, der Schläger 64 und die Spindelmutter 62 sind axial hintereinander angeordnet, wobei die Kolbenfläche 58 den Druckraum 54 von der Bewegungsspindel 60, dem Schläger 64 und der Spindelmutter 62 trennt. Das Zylindergehäuse 52 ist in einem Ölsumpf eines nicht dargestellten Getriebes angeordnet und mit einem Arbeitsfluid, beispielsweise einem Hydrauliköl, gefüllt. Je nach Drehrichtung des elektrischen Motors wird das Volumen des Druckraums 54 mit Hilfe des Kolbens 56 und der Kolbenfläche 58 vergrößert und verkleinert. Dies geschieht dadurch, dass die Spindelmutter 62 auf der Bewegungsspindel 60 abwälzt. Durch den Kontakt der Spindelmutter 62 mit dem Kolben 56 wird der Kolben 56 entlang des Doppelpfeils B axial verschoben, je nachdem ob die nicht dargestellte Kupplung geöffnet oder geschlossen wird. Dabei wird das Arbeitsfluid entweder aus dem Druckraum 54 durch einen Druckanschluss 70 im Zylindergehäuse 52 herausgedrückt oder hineingesaugt.
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Unterhalb einer Kraftschwelle zum Schließen und Öffnen der nicht dargestellten Kupplung ist die Bewegungsspindel 60 über den elektrischen Motor betätigbar. Sobald die Kraftschwelle überschritten wird, beispielsweise durch ein Verspannen der Kupplung, und die durch die Bewegungsspindel 60 übertragene Stellkraft zum Öffnen oder Schließen der Kupplung nicht mehr ausreicht, wird der Schläger 64 aktiviert. Bei einer nicht ausreichenden Stellkraft der Bewegungsspindel 60 zum Öffnen oder Schließen der Kupplung wird der Schläger 64 in axialer Richtung weg von der Spindelmutter 62 bewegt. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass aufgrund einer verspannten Kupplung der durch das Arbeitsfluid in dem Druckraum 54 herrschende Druck größer ist als die Stellkraft, welche durch den elektrischen Motor über die Spindelmutter 62 an den Kolben 56 übertragbar ist. Auf diese Weise verbleibt der Kolben 56 in der gegenwärtigen Position. Die Bewegungsspindel 60 wird jedoch von dem elektrischen Motor weiter bewegt, so dass die Spindelmutter 62 zusammen mit der Bewegungsspindel 60 um die eigene Achse rotiert. Auf diese Weise wird den Schläger 64 über eine V-Nut 72 der Spindelmutter 62 von der Spindelmutter 62 in axialer Richtung weg von der Spindelmutter 62 angetrieben. Der Schläger 64 komprimiert dabei das elastische Element 66. Sobald das Schläger 64 einen Endpunkt der V-Nut 70 erreicht, wird der Schläger 64 durch das elastische Element 66 in Richtung zur Spindelmutter 62 beschleunigt, so dass über die Spindelmutter 62 ein Druckimpuls an den Kolben 56 übertragen wird, welcher an den Druckraum 54 weitergeleitet wird. Durch ein Anschlagen des Schlägers 64 an der Spindelmutter 62 kann somit eine verspannte Kupplung geöffnet oder geschlossen werden, dabei wird eine Stellkraft übertragen, welche größer oder gleich 3-fach bis kleiner oder gleich 10-fach größer als eine Stellkraft ohne ein Anschlagen des Schlägers 64 ist.
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Der Kolben 56 weist einen ersten Kolbenabschnitt 74 mit einem ersten Kolbendurchmesser zur Aufnahme der Spindelmutter 62, des Schlägers 64 und des elastischen Elements 66 auf, und weist einen unmittelbar anschließenden koaxialen zweiten Kolbenabschnitt 76 mit einem zweiten Kolbendurchmesser auf, wobei der zweite Kolbendurchmesser kleiner als der erste Kolbendurchmesser ist.
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Das Zylindergehäuse 52 weist einen ersten Zylindergehäuseabschnitt 78 mit einem ersten Zylindergehäusedurchmesser auf und weist einen unmittelbar anschließenden zweiten Zylindergehäuseabschnitt 80 mit einem zweiten Zylindergehäusedurchmesser auf, wobei der erste Zylindergehäusedurchmesser größer als der zweite Zylindergehäusedurchmesser ist.
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An dem zweiten Kolbenabschnitt 76 ist eine Kolbendichtung 82 angeordnet zur Abdichtung des zweiten Zylindergehäuseabschnitts 80 gegenüber dem ersten Zylindergehäuseabschnitt 78, wobei am Übergang zwischen dem ersten Zylindergehäuseabschnitt 78 und dem zweiten Zylindergehäuseabschnitt 80 eine Schnüffelöffnung 84 angeordnet ist. Die Schnüffelöffnung 84 ist durch eine im Zylindergehäuse 52 gezogene Nut realisiert. Weiterhin weist der Kolben 56 am ersten Kolbenabschnitt eine Nase 86 auf zum Eingriff in die Nut zur Ausbildung einer Drehsicherung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hydrostataktor
- 12
- Zylindergehäuse
- 14
- Druckraum
- 16
- Kolben
- 18
- Kolbenfläche
- 20
- Bewegungsspindel
- 22
- Spindelmutter
- 24
- Schläger
- 26
- elastische Elemente
- 28
- elektrischer Motor
- 30
- Wellendichtung
- 32
- Druckeranschluss
- 34
- V-Nut
- 36
- erster Kolbenabschnitt
- 38
- zweiter Kolbenabschnitt
- 40
- erster Zylindergehäuseabschnitt
- 42
- zweiter Zylindergehäuseabschnitt
- 44
- Kolbendichtung
- 46
- Schnüffelöffnung
- 48
- Erhebung
- 50
- Hydrostataktor
- 52
- Zylindergehäuse
- 54
- Druckraum
- 56
- Kolben
- 58
- Kolbenfläche
- 60
- Bewegungsspindel
- 62
- Spindelmutter
- 64
- Schläger
- 66
- elastisches Element
- 68
- Wellendichtung
- 70
- Druckeranschluss
- 72
- V-Nut
- 74
- erster Kolbenabschnitt
- 76
- zweiter Kolbenabschnitt
- 78
- erster Zylindergehäuseabschnitt
- 80
- zweiter Zylindergehäuseabschnitt
- 82
- Kolbendichtung
- 84
- Schnüffelnut
- 86
- Nase
- A
- Bewegungsrichtung
- B
- Bewegungsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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